特殊鋼與鑄鐵表面鍍鉻

吳上郁

（浙江省平湖市金湖小區10棟4單元，浙江 平湖314200）

0 前言

隨著工業的發展，對特殊鋼與鑄鐵的需求量日趨增加。常用的特殊鋼有含鎢和鎢基合金鋼、含錳和錳基合金鋼、高鉻高鎳不銹鋼、氮化鋼等。鑄鐵的種類很多，包括可鍛鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、激冷鑄鐵等。為了提高它們的實用效果，需要在基體表面鍍一層硬鉻或耐磨鉻。由于上述黑色金屬的材質、牌號、表面粗糙度和熱處理方法不同，因此，鍍前處理、鍍層厚度與工藝條件等都各有區別。上述材料如果采用常規的前處理，按一般鍍鉻工藝進行，難以達到理想的效果。這是電鍍工作者在鍍鉻過程中常會遇到的難題。只有采用特殊的鍍鉻手段，才能保證鍍層的質量良好，避免許多不必要的損失。本文著重介紹特殊鋼與鑄鐵表面鍍鉻的方法，供電鍍工作者參考。

1 含鎢和鎢基合金鋼表面鍍鉻

常用含鎢高速工具鋼的牌號一般有W18Cr4V和W12Cr4V4Mo等。高速工具鋼的含碳量較高，含鎢量也很高，所以它的脆性大、硬度高（洛氏硬度可達70～74）。基體表面的鎢會影響鉻的沉積和鍍層與基體的結合力。因此，高速不銹鋼鍍鉻要注意以下幾點：（1）酸洗不宜過度，一般為15～30s；（2）陽極處理時間要短，一般為5～10s；（3）鍍鉻液溫度要高于60℃；（4）鍍層不宜過厚，一般為10～20 μm，以免影響鍍層與基體的結合力。

由于鎢基合金鋼具有含鎢量在90%～95%、洛氏硬度大于75、耐高溫、表面極易氧化等特點，所以應采用特殊工藝。將鍍件先用甲苯（或汽油）去油，陰干后，放入60～80g／L的氫氧化鈉溶液中進行陽極處理（鐵板作陰極，鍍件作陽極，20～30 A／dm2，室溫，2～3min）。鍍件從槽中取出后，用棕絲刷蘸瓦灰將表面的一層氧化鎢黑膜刷去，清洗，在5%～7%的氫氟酸中浸漬1～2min，使金屬表面活化，清洗后立即進入鉻槽電鍍。這時不能再做陽極處理，因為表面的鎢極易氧化，生成的氧化鎢不易除去，會影響鍍層的結合力。鍍鉻溫度60～62℃，陰極電鍍起步要快，先用80～120A／dm2的大電流密度進行沖擊鍍2～3min，然后回到正常的電流密度值繼續電鍍。

鍍件起缸清洗后應放入恒溫箱或油浴中進行去氫處理（加熱到200～250℃，保溫1．0～1．5h），以消除內應力。鎢經過去氫后，基體中的滲氫量可去除87%～90%，加強了鍍層與基體金屬的結合力。鎢鋼鍍鉻厚度在0．1mm以上的必須去氫，以免鍍層氫脆影響結合力。

2 含錳和錳基合金鋼表面鍍鉻

常用含錳彈簧鋼的牌號有65Mn，55MnC，50CrMn等。熱處理前布氏硬度為270～300，經過熱處理后內部組織為索氏體、托氏體或兩者的混合體。其基體一般含有錳和硅，如65Mn彈簧鋼的含錳量為0．7%～0．9%，60Si彈簧鋼的含硅量為1．5%～2．0%。基體表面的錳和硅會影響鍍鉻層與基體金屬的結合力，使鍍層脫落。

對含錳量較高（1．2%～2．0%）的彈簧鋼，鍍前要用10%～15%的硫酸處理1～2min。對含硅量高的彈簧鋼，鍍前要用10%～15%的硫酸和5%～7%的氫氟酸處理30～60s，溶解表面的一層游離硅，使金屬表面活化，確保鍍層結合良好。

含錳彈簧鋼應盡量用甲苯去油，油漬嚴重時用50～60g／L的氫氧化鈉去油，時間不得超過5min（一般為1～2min）。這是因為氫氧化鈉也會滲氫，引起堿脆，降低彈簧鋼的機械強度、疲勞強度和抗壓系數，影響鍍層與基體金屬的結合力或產生局部鍍不上鉻的現象。含錳量較高的彈簧鋼，用10%～15%的硫酸活化后立即下槽鍍鉻，鍍液溫度為56～58℃。陽極處理的電流密度要大（在45～60 A／dm2），時間為10～20s。轉入陰極電鍍時，電流由小到大逐步上升（電流在1～2min左右開完）。最后用高電流密度（50～60A／dm2）沖擊鍍2～3 min，再下降到20～30A／dm2的正常值。

對于含錳量在90%以上的錳基合金鋼，應采取如下的措施：將錳基合金鋼用甲苯去油，陰干后，在10%～15%的硫酸中活化處理1～2min，除去熱處理時基體表面的一層游離錳，使金屬表面活化；隨后立即下槽鍍鉻，不能采用陽極處理，以免脫皮；陰極電流梯形上升至30～40A／dm2（起步電流比鍍不銹鋼的稍快些），鍍鉻液溫度為58～60℃。

3 高鉻高鎳不銹鋼表面鍍鉻

不銹鋼具有很高的化學穩定性，但它的硬度不高，易于磨損，因此要鍍耐磨鉻。由于不銹鋼表面存在一層薄而密的透明鈍化膜，使得不銹鋼能抗多種介質的腐蝕。該膜受損后，在很多情況下仍可在不銹鋼的新鮮表面上迅速恢復。不去掉這層膜是不可能鍍出結合力好的鍍層的。因此，高鉻高鎳不銹鋼電鍍的關鍵是解決鍍層與基體金屬的結合力問題。鍍前的活化處理非常重要。

在電鍍鉻中所遇到的難度較大的不銹鋼是奧氏體結構的不銹鋼，其牌號有Cr14Ni14，4Cr14Ni14W2M，Cr25Ni20，GH132等。高鉻高鎳不銹鋼表面很容易鈍化，所以鍍前不能采用陽極處理。經過陽極處理表面發黑就不易鍍好，即使用很大的電流沖擊鍍也不能完全保證鍍層質量。當含鎳量大于10%時，只能先在10%～15%的硫酸中活化1～2min，再采用常電（槽端電壓2．0～2．5V）下槽進行電化學活化。起步小電流1～2min，逐步升至大電流。電流密度在3～5min內達到正常值。

4 氮化鋼表面鍍鉻

常用的氮化鋼是38CrMoAl，它的機械強度很高，大多用于主軸、鏜桿、受力較大的螺桿等。凡是未經過滲氮處理的氮化鋼，鍍鉻比較容易，一般可按低合金鋼或45＃中碳鋼鍍鉻工藝進行。

經滲氮處理的氮化鋼，其基體表面氮化層的厚度一般為0．3～0．5mm，硬度高（洛氏硬度為65～70）。如果鍍前處理不當，就會給鍍鉻帶來麻煩。因此，為了去除氮化鋼基體表面的一層阻礙鉻放電沉積的氮化層，應將鍍件放入鍍鉻槽內陽極處理2～3 min。取出后用棕絲刷蘸瓦灰刷洗，去除表面的一層氧化物。清洗后，再下槽進行短時間（3～5s）的陽極處理，隨后立即轉入陰極電鍍，鍍液溫度為60～62℃。電流起步要快，用80～100A／dm2的大電流密度沖擊鍍3～5min，然后回降至正常值。

5 鑄鐵表面鍍鉻

鑄鐵的含碳量高（3%～4%），可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和球墨鑄鐵三大類。鑄鐵基體的共性是組織疏松、表面粗糙、具有許多微孔缺陷。所以酸洗和陽極處理時間不宜過長，以免碳和硅容易以游離狀態析出，黏附于表面上會影響鍍層與基體的結合力。電鍍時由于氫的超電勢低，容易析氫從而阻礙鉻的放電沉積。因此，鑄鐵鍍前處理要注意以下幾點：（1）酸洗不宜過度（不超過1min），應使用15～20g／L（按酸量）H緩蝕劑，防止鍍件腐蝕過度；（2）陽極處理時間要短（一般為3～5s，最多不超過10～15s），陽極電流密度為45～50A／dm2；（3）開始電鍍時，起步電流一定要快（電流直線上升），沖擊鍍電流要增加80%～120%，沖擊3～5 min，使鍍鉻層完整覆蓋，然后電流回到正常值；（4）由于鑄鐵鍍鉻使用的電流大，因此，導電掛具必須要有足夠的截面積，以保證電流暢通。

鑄鐵的種類雖然很多，但不是所有的鑄鐵都能鍍鉻，要根據材質和型號而定。比如HT15－32（3＃鑄鐵）就不適于鍍鉻，因基體含硅量高且有許多微孔缺陷，會給電鍍帶來困難。只有HT21－40（2＃鑄鐵）與HT24－44（1＃鑄鐵）才適于鍍鉻，但基體表面粗糙度要輪磨到0．20～0．40μm。對于材質型號較差（處于2＃與3＃之間）的鑄鐵，如果表面粗糙度能降至0．20μm以下，可以試鍍鉻。

由于在電鍍過程中不可避免地要析氫，而且又不可避免地擴散進入基體內造成氫脆，因此，鑄鐵鍍鉻層的厚度在0．1mm以上的，必須在200～250℃的恒溫條件下進行去氫處理1～3h。這樣才能使鍍層與基體金屬結合牢固。

鑄鐵表面退鉻必須在80～100g／L的氫氧化鈉溶液中進行，以鍍鉻件為陽極，以鐵槽為陰極，陽極電流密度5～10A／dm2，室溫。退鉻后鑄鐵表面的粗糙度一定要在0．40μm以下才能再鍍鉻，以確保鍍層質量。